WO2020004981A1 - 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법 - Google Patents

마이크로파를 이용한 목재 건조 방법 Download PDF

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박수훈
박찬일
김현승
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Pacep Co Ltd
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    • F26B2210/16—Wood, e.g. lumber, timber

Definitions

  • the present invention relates to a method of drying wood using microwaves.
  • Logged wood has a high moisture content (water content) for use in certain applications such as construction.
  • water content water content
  • the use of high moisture content wood may cause warpage, deformation and severe cracking over time, and may cause problems such as poor durability due to mold or pest growth and poor lifespan.
  • the dried wood has an advantage that the strength is increased by two to three times, and the weight is reduced compared to the non-dried wood is easy to process and handle. Therefore, in order to use the felled wood for a specific use, such as construction, a drying process is required to have a constant moisture content.
  • the natural drying method is to expose wood to the atmosphere so that the water content naturally decreases. Generally, wood is stacked alternately and then covered and left at room temperature. This natural drying takes a long time, there is a problem that it is difficult to obtain the water content required for a particular application.
  • Artificial drying is a method of controlling the moisture content by placing wood in an artificially controlled environment.
  • Hot air drying is a method of controlling the moisture content by heating and circulating the air using steam or heat transfer
  • vacuum drying is a method of controlling the moisture content at atmospheric pressure lower than atmospheric pressure
  • dehumidification drying is to control the moisture content by lowering the humidity in the air Way.
  • Korean Patent Registration Publication No. 10-1721797 discloses an artificial drying method for drying wood using a heat medium heater (40).
  • the conventional artificial drying method has a problem in that the drying cost is increased because excessive energy is consumed to heat air or lower air pressure, and it is difficult to control the moisture content of the center of the wood because it is heated from the surface of the wood. .
  • An object of the present invention is to provide a wood drying method using a microwave that can efficiently control the water content of the wood.
  • the inside and outside of the wood can be heated to control the moisture content of the entire wood to prevent deformation and excessive cracking of the wood, and since the wood can be sterilized to the deep core, no additional sterilization process is required. Breakage can be prevented.
  • Wood drying method using a microwave preparing a wood; Wrapping at least a portion of the wood using a wrapping member; Applying a microwave to the wood wrapped with the wrapping member to raise the temperature inside the wrapping member; Removing the lapping member from the wood wrapped with the lapping member; And drying the moisture of the wood jacket from which the lapping member has been removed.
  • the wrapping member may be to transmit the microwaves applied from the outside to enter the inside of the wrapping member.
  • the wrapping member may be to form a moisture film between the outer shell and the wrapping member of the wood.
  • the wrapping member may include polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), ethylene vinyl acetate (EVA), ethylene octene copolymer (POE: ethylene-octene copolymer), and polypropylene (PP).
  • PVC polyvinyl chloride
  • PE polyethylene
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • POE ethylene octene copolymer
  • PP polypropylene
  • Polypropylene Polypropylene
  • OPP oriented polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • OPS oriented polystyrene
  • PC Polycarbonate
  • LDPE Low Density Polytehylene
  • LDPE Low Density Polytehylene
  • the temperature of the wood may be heated to 100 to 150 °C.
  • Wood drying method using a microwave according to an embodiment of the present invention can efficiently control the water content of the wood.
  • the inside and outside of the wood can be heated to control the moisture content of the entire wood to prevent deformation and excessive cracking of the wood, and since the wood can be sterilized to the deep core, no additional sterilization process is required. Breakage can be prevented.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for drying wood using microwaves according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 illustrate a step of heating wood wrapped with a wrapping member in a microwave wood drying apparatus.
  • Figure 5 shows the moisture formed inside the wrapping member.
  • Figure 6 shows a cross-section of wood dried using a radiator.
  • Figure 7 shows a cross-section of the wood dried using microwave without using the wrapping member.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a dried wood according to the wood drying method using a microwave according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a flowchart of a method for drying wood using microwaves according to an embodiment of the present invention.
  • the wood drying method using a microwave according to an embodiment of the present invention preparing a wood; Wrapping at least a portion of the wood using a wrapping member; Applying a microwave to the wood wrapped with the wrapping member to raise the temperature inside the wrapping member; Removing the lapping member from the wood wrapped with the lapping member; And drying the moisture of the wood jacket from which the lapping member has been removed.
  • Preparing wood and wrapping at least a portion of the wood using a wrapping member Preparing wood and wrapping at least a portion of the wood using a wrapping member.
  • the whole or part of the wood may be wrapped using the wrapping member.
  • the heat inside the wrapping member is better preserved can reduce the cost and time required to heat the wood.
  • the lapping member may transmit the microwaves applied from the outside to be incident into the lapping member.
  • microwaves are used to heat wood. At this time, the microwaves must be irradiated to penetrate the inside of the wood so as to evenly heat the inside and outside of the wood.
  • the wrapping member may be made of a material having sufficient transparency to microwaves to allow microwaves to penetrate into the wood.
  • the lapping member may perform a function of forming a moisture film between the outer shell and the lapping member of the wood.
  • the water inside the wood is heated so that some of the water is released to the outside of the wood but is blocked by the wrapping member and not released to the outside of the wrapping member.
  • the moisture may remain between the outer skin and the wrapping member of the wood to form a moisture film on the inner surface of the wood or the wrapping member (see FIG. 5).
  • the wrapping member blocks the outer skin and the outside of the wood. Therefore, it is possible to prevent the moisture released from the wood heated by the microwaves to be released to the outside. In this way, the moisture film formed by the wrapping member absorbs microwaves, thereby increasing the efficiency of heating the wood.
  • the wood formed by the wrapping member it can be maintained so that the moisture content of the inside and outside of the wood is constant. This prevents the carbonization that occurs when only a portion of the wood is heated intensively.
  • Wood drying method using a microwave because it wraps at least a portion of the wood using a wrapping member, the moisture and heat may be evenly distributed in the wrapping member.
  • the microwaves from concentrating on a specific part of the wood, and the temperature of the core and the outside of the wood can be kept constant.
  • carbonization or ignition of the wood can be prevented, the moisture content of the entire wood can be controlled constantly, and excessive cracking of the wood after drying can be prevented.
  • the wrapping member is not particularly limited as long as the wrapping member transmits microwaves and forms a moisture film on the outer skin of wood.
  • the lapping member is a polyvinyl chloride (PVC: Poly Vinyl Chloride), polyethylene (PE), ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), in order to increase the work efficiency and to increase the internal water removal efficiency after the heating process
  • Octene copolymer POE: ethylene-octene copolymer
  • PP Polypropylene
  • oriented polypropylene OPP: Oriented Poly Propylene
  • PET Polyethylene Terephthalate
  • oriented polystyrene OPS: Oriented Polystyrene
  • Polycarbonate PC: Polycarbonate
  • Low Density Polytehylene low density polyethylene
  • the wrapping member may be shaped to wrap the wood to seal the wood with the outside, and the wrapping member may have a film or
  • the method of applying the microwave is not particularly limited, but the microwave wood drying apparatus shown in FIGS. 3 and 4 may be used.
  • the microwave wood drying apparatus may be a plurality of microwave oscillators arranged at regular intervals to evenly distribute the microwaves throughout the wood.
  • the microwave oscillator is disposed to face each other with the wood interposed therebetween to control the water content of the entire wood evenly.
  • Figure 3 shows the wood wrapped with a wrapping member mounted on the microwave wood drying apparatus
  • Figure 4 shows the step of heating the wood wrapped with the wrapping member after closing the door of the microwave wood drying apparatus to block the outside .
  • the temperature of the wood can be heated to 100 to 170 °C, preferably 100 to 150 °C. If the temperature of the wood is less than 100 °C, the moisture of the wood may not be sufficiently removed because the moisture inside the wood does not evaporate, and it may be difficult to control the moisture content of the entire wood constantly because the moisture film is not formed on the wood jacket. have. If the temperature of the wood is too high, the wood may be locally carbonized or there may be variations in the water content of each part of the wood, resulting in excessive cracking after drying.
  • the temperature of the wood since the temperature of the wood is not large deviation between the core and the outside, the temperature of the wood may be a value obtained by measuring the core and the outside temperature of the wood and averaging them for the convenience of the measurement. It can be measured only.
  • the temperature in this step may include the step of measuring the temperature during the performance of this step and controlling the intensity or microwave irradiation time of the microwave in consideration of the measured temperature.
  • the preset conditions may include variables of initial moisture content of wood, size of wood, intensity of microwave, wavelength of microwave, and irradiation time of microwave; And at least one resultant value of the water content of the wood and the temperature of the wood after the process derived according to the variable.
  • the user may determine the intensity, wavelength, and irradiation time of the microwave by considering the moisture content and the size of the wood to be dried by referring to the relation or table.
  • the process time may be determined in consideration of the size and moisture content of the wood, and may be preferably performed for 1 to 2 hours.
  • the microwave during the process time can be irradiated with a constant constant intensity, it can be irradiated intermittently.
  • the microwave wood drying apparatus used in this step is not particularly limited, but the microwave module 120, 130 including the microwave oscillator may be arranged to be disposed on both sides of the wood 10 (see FIGS. 3 and 4). .
  • the microwave wood drying apparatus the body (110); A first microwave module 120 disposed on a first surface of the body 110 to emit microwaves into the body 110 and to be separated from the body 110; A second microwave module 130 disposed on a second surface opposite to the first surface of the body 110 to emit microwaves into the body 110 and to be separated from the body 110; And a drying chamber surrounded by the first microwave module 120 and the second microwave module 130.
  • the body 110 provides a frame, a workbench 112 for supporting the wood 10, a passage for moving the workbench 112, and a rail 113 connected to the outside from the inside of the frame and the frame 111. It may include an inlet 114 disposed on the third surface of the door, a door 115 for opening and closing the inlet 114, a control unit 116 for controlling a drying condition, and the control unit 116.
  • the workbench 112 serves to support the wood 10 that is the target of the drying process.
  • the support may be configured to move separately from the frame.
  • the support may include a plate for stably supporting the wood 10, and may further include a wheel for moving the rail 113 in the lower portion of the plate.
  • the door 115 may open and close the inlet 114. Referring to FIG. 3, the door 115 may be physically connected to the support and move integrally. The operator can easily move the support to the outside of the frame by moving the door 115 in the outward direction of the frame.
  • the controller 116 may control a drying condition by controlling operations of the first microwave module 120 and the second microwave module 130.
  • the controller 116 may transmit a command to the first microwave module 120 and the second microwave module 130 to control the emission and interruption of the microwave, the emission time, the size of the microwave, and the like.
  • the controller 116 may perform wireless or wireless communication with the first microwave module 120 and the second microwave module 130.
  • the controller 116 may receive information such as the state of the microwave oscillator, power consumption, voltage, etc. from the first microwave module 120 and the second microwave module 130, and may control the temperature from a thermometer disposed inside the drying chamber. I can receive it.
  • the controller 116 may transmit the received information to a display so that an operator may know the condition and drying conditions of the modular microwave generator.
  • the first microwave module 120 and the second microwave module 130 may be disposed on the first and second surfaces of the body 110 to face each other. This allows the interior of the drying chamber to be exposed to a constant microwave as a whole, it is possible to ensure that the wood 10 is evenly dried as a whole.
  • the first microwave module 120 and the second microwave module 130 include a microwave oscillator for generating microwaves and a waveguide for providing a movement path of the microwaves emitted from the microwave oscillator.
  • the microwave oscillator and waveguide may be generally used in a microwave generator, and are not particularly limited.
  • the first microwave module 120 and the second microwave module 130 may include a plurality of microwave oscillators and waveguides. The plurality of microwave oscillators may be spaced apart in the vertical direction.
  • the drying chamber is a space formed inside the body 110 and is a space in which a process of drying the wood 10 is performed.
  • the drying chamber 160 may be formed by being surrounded by the work table 112, the door 115, the first microwave module 120, and the second microwave module.
  • Removing the lapping member from the wood wrapped with the lapping member may include removing at least a portion of the lapping member from the wood to remove the moisture film formed on the shell of the wood, and removing the remaining lapping member from the wood. It may include. In the embodiment of the present invention because it wraps the wood with the wrapping member is formed a lot of high temperature moisture inside the wrapping member (see Figure 5). When the entire lapping member is removed from the wood, contamination or an accident may occur due to the moisture. Therefore, it is desirable to partially remove the wrapping member in order to remove the moisture safely and efficiently.
  • the drying method is not particularly limited, and may be a natural drying method of leaving the wood at room temperature. Because of the high temperature of wood heated by microwaves, even by natural drying, moisture in the wood shell and inside can be quickly dried.
  • Figure 6 shows a cross-section of wood dried using a radiator.
  • Figure 7 shows a cross-section of the wood dried using microwave without using the wrapping member.
  • 8 is a cross-sectional view of a dried wood according to the wood drying method using a microwave according to an embodiment of the present invention.

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Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법은, 목재를 준비하는 단계; 랩핑부재를 이용하여 상기 목재의 적어도 일부를 감싸는 단계; 상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계; 상기 랩핑부재로 감싼 목재에서 랩핑부재를 제거하는 단계; 및 상기 랩핑부재를 제거한 목재 외피의 수분을 건조하는 단계;를 포함한다.

Description

마이크로파를 이용한 목재 건조 방법
본 발명은 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에서, 랩핑부재로 목재를 감싸는 단계를 포함함으로써 효율적이고 경제적인 목재 건조 방법을 제공할 수 있다.
벌목된 목재는 건축 등의 특정 용도에 사용하기에는 수분 함량(함수율)이 높다. 이와 같이 함수율이 높은 목재를 사용하게 되면 시간이 지남에 따라 뒤틀림, 변형 및 심한 균열이 발생할 수 있으며, 곰팡이 또는 해충 증식에 의해 내구성이 열악해져 수명이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 건조된 목재는 건조하지 않은 목재에 비하여 강도가 2 내지 3배 증가하고, 중량이 감소하여 가공 및 취급이 용이한 장점이 있다. 따라서, 벌목한 목재를 건축 등 특정 용도에 사용하기 위해서는 일정한 함수율을 갖도록 하기 위한 건조 공정이 요구된다.
목재를 건조하는 방법에는 자연건조 방법 및 인공건조 방법이 있다.
자연건조 방법은 목재를 대기에 노출하여 자연스럽게 함수율이 감소하도록 하는 방법이다. 일반적으로 목재를 엇갈리도록 쌓은 다음 덮개를 씌워 상온에 방치한다. 이러한 자연건조는 시간이 오래 걸리며, 특정 용도에서 요구하는 함수율을 얻기 어려운 문제점이 있다.
인공건조 방법은 인위적으로 조절된 환경에 목재를 둠으로써 함수율을 제어하는 방법이다. 환경을 조절하는 방법에 따라 열기건조, 진공건조 및 제습건조의 방법이 있다. 열기건조는 공기를 증기 또는 전열을 이용하여 가열하여 순환하여 함수율을 제어하는 방법이고, 진공건조는 대기압보다 낮은 기압 조건에서 함수율을 제어하는 방법이고, 제습건조는 공기 중의 습도를 낮추어 함수율을 제어하는 방법이다. 참고로, 한국 특허등록공보 제10-1721797호는 열매체히터(40)를 이용하여 목재를 건조하는 인공건조 방법을 개시하고 있다.
상기 종래의 인공건조 방법은 공기를 가열하거나 기압을 낮추기 위해 과도한 에너지가 소모되어 건조 비용이 상승하는 문제점이 있으며, 목재의 표면부터 가열이 되기 때문에 목재의 중심부의 함수율을 제어하는 것이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 효율적으로 목재의 함수율을 제어할 수 있는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 목재의 내부 및 외부의 가열이 가능하여 목재 전체의 함수율을 제어할 수 있어 목재의 변형 및 과도한 균열 발생을 방지할 수 있으며, 목재 심부까지 살균할 수 있어 추가적인 살균 공정이 불요하며 해충에 의한 파손을 방지할 수 있다.
또한, 목재에 가하는 열을 가둘 수 있어 경제적이며 효율적이다.
또한, 목재 내부의 병충 및 균을 제거할 수 있으므로, 건조 공정 후 별도의 제균 작업이 불필요하여 경제적이다.
본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법은, 목재를 준비하는 단계; 랩핑부재를 이용하여 상기 목재의 적어도 일부를 감싸는 단계; 상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계; 상기 랩핑부재로 감싼 목재에서 랩핑부재를 제거하는 단계; 및 상기 랩핑부재를 제거한 목재 외피의 수분을 건조하는 단계;를 포함한다.
상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계에서, 상기 랩핑부재는 외부에서 인가되는 상기 마이크로파가 상기 랩핑부재의 내부로 입사되도록 투과하는 것일 수 있다.
상기 랩핑부재는 상기 목재의 외피 및 랩핑부재 사이에 수분막을 형성하는 것일 수 있다.
상기 랩핑부재는 폴리염화비닐(PVC: Poly Vinyl Chloride), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌초산비닐공중합체(EVA: Ethylene Vinyl Acetate), 에틸렌 옥텐 공중합체(POE: ethylene-octene copolymer), 폴리프로필렌(PP: Polypropylene), 연신폴리프로필렌(OPP: Oriented Poly Propylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephthalate), 연신폴리스틸렌(OPS: Oriented Polystyrene), 폴리카보네이트(PC: Polycarbonate), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE: Low Density Polytehylene) 및 아크릴 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계는, 상기 목재의 온도를 100 내지 150℃로 가열할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법은 효율적으로 목재의 함수율을 제어할 수 있다.
또한, 목재의 내부 및 외부의 가열이 가능하여 목재 전체의 함수율을 제어할 수 있어 목재의 변형 및 과도한 균열 발생을 방지할 수 있으며, 목재 심부까지 살균할 수 있어 추가적인 살균 공정이 불요하며 해충에 의한 파손을 방지할 수 있다.
또한, 목재에 가하는 열을 가둘 수 있어 경제적이며 효율적이다.
또한, 목재 내부의 병충 및 균을 제거할 수 있으므로, 건조 공정 후 별도의 제균 작업이 불필요하여 경제적이다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법의 순도서이다.
도 2는 랩핑부재를 감싼 목재를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 마이크로파 목재 건조 장치에 랩핑부재로 감싼 목재를 가열하는 단계를 도시한 것이다.
도 5는 랩핑부재 내부에 형성된 수분을 도시한 것이다.
도 6은 라지에이타를 이용하여 건조한 목재의 단면을 도시한 것이다.
도 7은 랩핑부재를 사용하지 않고 마이크로파를 이용하여 건조한 목재의 단면을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법에 따라 건조한 목재의 단면을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법의 순도서이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법은, 목재를 준비하는 단계; 랩핑부재를 이용하여 상기 목재의 적어도 일부를 감싸는 단계; 상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계; 상기 랩핑부재로 감싼 목재에서 랩핑부재를 제거하는 단계; 및 상기 랩핑부재를 제거한 목재 외피의 수분을 건조하는 단계;를 포함한다.
목재를 준비하는 단계 및 랩핑부재를 이용하여 상기 목재의 적어도 일부를 감싸는 단계를 수행한다. 상기 랩핑부재를 이용하여 목재의 전체 또는 일부를 감쌀 수 있다. 도 2와 같이 랩핑부재를 이용하여 목재 전체를 감싸는 경우, 랩핑부재 내부의 열이 보다 잘 보존되어 목재를 가열하는 데 소요되는 비용 및 시간이 감소할 수 있다.
상기 랩핑부재는 외부에서 인가되는 상기 마이크로파가 상기 랩핑부재의 내부로 입사되도록 투과하는 것일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 마이크로파를 이용하여 목재를 가열한다. 이 때, 마이크로파가 목재의 내부까지 침투하도록 조사하여야 목재의 내부 및 외부를 고르게 가열할 수 있다. 상기 랩핑부재는 마이크로파가 목재의 내부로 침투가 가능하도록 하기 위해 마이크로파에 대해 충분한 투과성을 갖는 재질로 이루어진 것일 수 있다.
상기 랩핑부재는 상기 목재의 외피 및 랩핑부재 사이에 수분막을 형성하는 기능을 수행할 수 있다. 목재를 가열하는 단계에서 목재 내부의 수분이 가열되어 상기 수분 중 일부가 목재의 외부로 방출되지만 랩핑부재에 의해 가로막혀 상기 랩핑부재의 외부로 방출되지 않는다. 상기 수분은 목재의 외피 및 랩핑부재 사이에 머물면서 목재의 외피 또는 랩핑부재 내부면에 수분막을 형성할 수 있다(도 5 참조). 상기 랩핑부재는 목재의 외피 및 그 외부를 차단한다. 따라서, 마이크로파에 의해 가열된 목재에서 방출된 수분이 외부로 방출되어 나가는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 랩핑부재에 의해 형성된 수분막은 마이크로파를 흡수하기 때문에 목재를 가열하는 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 랩핑부재에 의해 형성된 목재를 가열하는 동안 목재의 내부 및 외부의 수분 함량이 일정하도록 유지시킬 수 있다. 이를 통해 목재의 일부만 집중적으로 가열됨에 따라 발생하는 탄화 현상을 방지할 수 있다.
랩핑부재를 사용하지 않고 마이크로파만을 이용하여 목재를 가열하는 경우, 목재 내부의 함수율을 제어하기 위해 오랜 시간 동안 연속적 또는 단속적으로 마이크로파를 가열할 필요가 있다. 이 경우, 마이크로파가 집중적으로 흡수되는 부분의 온도가 급격하게 상승하여 탄화되거나 발화되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 마이크로파를 이용해 목재를 가열하면서 목재에서 방출되는 수분을 그대로 증발시켜버리는 경우에는 목재의 심부는 함수율이 높지만 외부는 함수율이 낮아지기 때문에 목재의 심부가 탄화되는 현상이 발생할 수 있다. 만일, 목재가 탄화되거나 발화되지 않더라도, 목재의 각 부분에 따라 함수율 차이가 발생하여 건조 후 목재에 과도한 균열이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법은 랩핑부재를 이용하여 목재의 적어도 일부를 감싸기 때문에, 상기 랩핑부재 내부에 수분 및 열이 고르게 분포할 수 있다. 따라서, 마이크로파가 목재의 특정 부분에 집중되는 것을 방지할 수 있으며, 목재의 심부 및 외부의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 이로써, 목재의 탄화 또는 발화를 방지할 수 있고, 목재 전체의 함수율을 일정하게 제어할 수 있으며, 건조 후 목재의 과도한 균열을 방지할 수 있다. 또한, 열이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있으므로 경제적이다. 보다 바람직하게는 랩핑부재를 이용하여 목재의 전체를 감싸 상기 목재를 외부와 밀폐시킨으로써 상기 더 효율적인 목재 건조를 수행할 수 있다.
상기 랩핑부재는 마이크로파를 투과하고 목재의 외피에 수분막을 형성하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 랩핑부재는 작업 효율을 높이고 가열공정 후 내부의 수분 제거 효율을 높이기 위해, 폴리염화비닐(PVC: Poly Vinyl Chloride), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌초산비닐공중합체(EVA: Ethylene Vinyl Acetate), 에틸렌 옥텐 공중합체(POE: ethylene-octene copolymer), 폴리프로필렌(PP: Polypropylene), 연신폴리프로필렌(OPP: Oriented Poly Propylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephthalate), 연신폴리스틸렌(OPS: Oriented Polystyrene), 폴리카보네이트(PC: Polycarbonate), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE: Low Density Polytehylene) 및 아크릴 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 랩핑부재는 목재를 감싸서 상기 목재를 외부와 밀폐시킬 수 있는 형상일 수 있는 바, 상기 랩핑부재는 필름 또는 백(back) 형상일 수 있다.
다음으로, 상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계를 수행한다.
마이크로파를 인가하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 도 3 및 도 4에 도시된 마이크로파 목재 건조 장치를 이용할 수 있다. 상기 마이크로파 목재 건조 장치는 목재 전체에 마이크로파를 고르게 분산할 수 있도록 다수의 마이크로파 발진기를 일정한 간격에 따라 배치한 것일 수 있다. 또한, 상기 마이크로파 발진기는 목재를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치됨으로써 목재 전체의 함수율을 고르게 제어할 수 있다. 도 3은 랩핑부재로 감싼 목재를 마이크로파 목재 건조 장치에 탑재한 것을 도시한 것이고, 도 4는 마이크로파 목재 건조 장치의 도어를 닫아 외부와 차단한 후 랩핑부재로 감싼 목재를 가열하는 단계를 도시한 것이다.
본 단계에서, 상기 목재의 온도를 100 내지 170℃, 바람직하게는 100 내지 150℃로 가열할 수 있다. 목재의 온도가 100℃ 미만인 경우에는 목재 내부의 수분이 증발하지 않기 때문에 목재의 수분이 충분히 제거되지 않을 수 있으며, 목재 외피에 수분막이 충분히 형성되지 않기 때문에 목재 전체의 함수율을 일정하게 제어하기 어려울 수 있다. 목재의 온도가 너무 높은 경우에는 목재가 국부적으로 탄화되거나 목재 각 부분의 함수율에 편차가 발생할 수 있어 건조 후 과도한 균열이 발생할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 목재의 온도는 심부 및 외부의 편차가 크지 않기 때문에 상기 목재의 온도는 목재의 심부 및 외부 온도를 측정하여 이를 평균한 값일 수 있으며, 측정의 편의를 위해 목재의 심부 온도만을 측정한 것일 수 있다.
본 단계에서 온도를 제어하기 위해, 본 단계의 수행 중 온도를 측정하는 단계 및 상기 측정된 온도를 고려하여 마이크로파의 강도 또는 마이크로파 조사 시간을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 온도 측정의 번거로움을 피하고 경제성을 고려하여 본 단계의 수행 중 온도를 측정하지 않고, 기 설정된 조건에 따라 마이크로파의 조사 조건을 제어할 수도 있다. 이 경우, 상기 기 설정된 조건이란, 목재의 초기 함수율, 목재의 크기, 마이크로파의 강도, 마이크로파의 파장, 마이크로파의 조사 시간의 변수; 및 상기 변수에 따라 도출된 공정 후 목재의 함수율 및 목재의 온도 중 적어도 하나의 결과 값;을 관계식 또는 테이블로 표현한 것일 수 있다. 사용자는 상기 관계식 또는 테이블을 참조하여 건조 대상 목재의 함수율 및 크기를 고려하여 마이크로파의 강도, 파장 및 조사 시간을 결정할 수 있다.
본 단계에서 공정 시간은 목재의 크기 및 함수율을 고려하여 정해질 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 2시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 공정 시간 중 마이크로파는 연속적으로 일정한 강도로 조사될 수 있으며, 단속적으로 조사될 수 있다.
본 단계에서 사용되는 마이크로파 목재 건조 장치는 특별히 제한되지 않지만, 마이크로파 발진기를 포함하는 마이크로파 모듈(120, 130)이 목재(10)의 양면에 배치되도록 배치된 것일 수 있다(도 3 및 도 4 참조). 구체적으로 상기 마이크로파 목재 건조 장치는, 몸체(110); 상기 몸체(110)의 제1 면에 배치되어 상기 몸체(110)의 내부로 마이크로파를 방출하고, 상기 몸체(110)로부터 분리가 가능한 제1 마이크로파 모듈(120); 상기 몸체(110)의 제1 면에 대향하는 면인 제2 면에 배치되어 상기 몸체(110)의 내부로 마이크로파를 방출하고, 상기 몸체(110)로부터 분리가 가능한 제2 마이크로파 모듈(130); 및 상기 제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈(130)에 의해 둘러싸인 건조 챔버;를 포함할 수 있다.
상기 몸체(110)는 프레임, 목재(10)를 지지하는 작업대(112), 상기 작업대(112)가 이동하는 통로를 제공하고 상기 프레임의 내부로부터 외부로 연결된 레일(113), 상기 프레임(111)의 제3 면에 배치된 투입구(114), 상기 투입구(114)를 개폐하는 도어(115), 건조 조건을 제어하는 제어부(116), 및 상기 제어부(116)를 포함할 수 있다.
작업대(112)는 건조 공정의 대상이 되는 목재(10)를 지지하는 역할을 수행한다. 작업의 편의를 위해 상기 지지대는 프레임으로부터 분리되어 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 지지대는 목재(10)를 안정적으로 지지하기 위한 판을 포함할 수 있으며, 상기 판의 하부에 레일(113)을 이동하기 위한 바퀴를 더 포함할 수 있다.
도어(115)는 상기 투입구(114)를 개폐할 수 있다. 도 3을 참조하면 상기 도어(115)는 지지대와 물리적으로 연결되어 일체로 이동할 수 있다. 작업자는 도어(115)를 프레임의 외부 방향으로 이동함으로써 손쉽게 지지대를 프레임의 외부로 이동할 수 있다.
제어부(116)는 제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈(130)의 동작을 제어함으로써 건조 조건을 제어할 수 있다. 제어부(116)는 제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈(130)에 마이크로파의 방출 및 중단, 방출 시간, 마이크로파의 크기 등을 제어하는 명령을 송신할 수 있다. 이를 위해 제어부(116)는 제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈(130)과 무선 또는 무선 통신을 수행할 수 있다. 상기 제어부(116)는 제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈(130)로부터 마이크로파 발진기의 상태, 전력 소모량, 전압 등의 정보를 수신할 수 있으며, 건조 챔버 내부에 배치된 온도계로부터 온도를 수신 받을 수 있다. 제어부(116)는 상기 수신 받은 정보를 디스플레이로 송신하여 작업자가 모듈형 마이크로파 발생장치의 상태 및 건조 조건을 알 수 있도록 할 수 있다.
제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈(130)은 몸체(110)의 제1 면 및 제2 면에 배치되어, 서로 마주보는 형태로 배치될 수 있다. 이를 통해 건조 챔버 내부가 전체적으로 일정한 마이크로파에 노출되도록 할 수 있으며, 목재(10)가 전체적으로 고르게 건조되도록 할 수 있다. 제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈(130)은 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발진기 및 상기 마이크로파 발진기에서 방출된 마이크로파의 이동 경로를 제공하는 도파관을 포함한다. 상기 마이크로파 발진기 및 도파관은 마이크로파 발생 장치에서 일반적으로 사용되는 것일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈(130)은 복수의 마이크로파 발진기 및 도파관을 포함할 수 있다. 상기 복수의 마이크로파 발진기는 상하 방향으로 이격하여 배치될 수 있다.
건조 챔버는 몸체(110)의 내부에 형성된 공간으로서, 목재(10)를 건조하는 공정이 수행되는 공간이다. 상기 건조 챔버(160)는, 상기 작업대(112), 도어(115), 제1 마이크로파 모듈(120) 및 제2 마이크로파 모듈에 의해 둘러싸여 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 랩핑부재로 감싼 목재에서 랩핑부재를 제거하는 단계 및 상기 랩핑부재를 제거한 목재 외피의 수분을 건조하는 단계를 수행한다.
상기 랩핑부재로 감싼 목재에서 랩핑부재를 제거하는 단계는, 상기 목재로부터 상기 랩핑부재의 적어도 일부를 제거하여 상기 목재의 외피에 형성된 수분막을 제거하는 단계, 및 상기 목재로부터 나머지 랩핑부재를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 랩핑부재로 목재를 감싸기 때문에 랩핑부재 내부에는 고온의 많은 수분이 형성되어 있다(도 5 참조). 랩핑부재 전체를 목재에서 제거하는 경우 상기 수분에 의한 오염 또는 사고가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 수분을 안전하고 효율적으로 제거하기 위해 랩핑부재를 부분적으로 제거함이 바람직하다.
다음으로, 상기 랩핑부재를 제거한 목재 외피의 수분을 건조하는 단계를 수행한다. 상기 건조 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목재를 상온에 방치하여 두는 자연 건조 방법일 수 있다. 마이크로파에 의해 가열된 목재는 온도가 높기 때문에 자연 건조에 의하더라도 목재 외피 및 내부의 수분이 빠르게 건조될 수 있다.
도 6은 라지에이타를 이용하여 건조한 목재의 단면을 도시한 것이다. 도 7은 랩핑부재를 사용하지 않고 마이크로파를 이용하여 건조한 목재의 단면을 도시한 것이다. 도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 목재 건조 방법에 따라 건조한 목재의 단면을 도시한 것이다.
도 6을 참조하면 라지에이타를 이용하여 건조한 목재의 경우 목재의 심부로부터 외부까지 굵은 균열이 발생함을 알 수 있다. 도 7을 참조하면 마이크로파를 이용하여 건조한 목재의 경우 라지에이타를 이용하여 건조한 목재에 생긴 균열에 비하여 얇은 균열이 다수 발생함을 알 수 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 마이크로파를 이용한 건조 방법을 수행한 경우 균열이 상당히 감소하였음을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
[부호의 설명]
10: 목재
11: 랩핑부재
110: 몸체
112: 작업대
113: 레일
114: 투입구
115: 도어
116: 제어부
120: 제1 마이크로파 모듈
130: 제2 마이크로파 모듈

Claims (5)

  1. 목재를 준비하는 단계;
    랩핑부재를 이용하여 상기 목재의 적어도 일부를 감싸는 단계;
    상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계;
    상기 랩핑부재로 감싼 목재에서 랩핑부재를 제거하는 단계; 및
    상기 랩핑부재를 제거한 목재 외피의 수분을 건조하는 단계;를 포함하는,
    마이크로파를 이용한 목재 건조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계에서,
    상기 랩핑부재는 외부에서 인가되는 상기 마이크로파가 상기 랩핑부재의 내부로 입사되도록 투과하는 것인,
    마이크로파를 이용한 목재 건조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계에서,
    상기 랩핑부재는 상기 목재의 외피 및 랩핑부재 사이에 수분막을 형성하는 것인,
    마이크로파를 이용한 목재 건조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 랩핑부재는 폴리염화비닐(PVC: Poly Vinyl Chloride), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌초산비닐공중합체(EVA: Ethylene Vinyl Acetate), 에틸렌 옥텐 공중합체(POE: ethylene-octene copolymer), 폴리프로필렌(PP: Polypropylene), 연신폴리프로필렌(OPP: Oriented Poly Propylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephthalate), 연신폴리스틸렌(OPS: Oriented Polystyrene), 폴리카보네이트(PC: Polycarbonate), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE: Low Density Polytehylene) 및 아크릴 수지 중 적어도 하나를 포함하는,
    마이크로파를 이용한 목재 건조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 랩핑부재로 감싼 목재에 마이크로파를 인가하여 상기 랩핑부재 내부의 온도를 상승시키는 단계는,
    상기 목재의 온도를 100 내지 150℃로 가열하는,
    마이크로파를 이용한 목재 건조 방법.
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